物联网已被确定为我国战略性新兴产业之一。《物联网“十二五”发展规划》的出台，无疑给国内正在发展的物联网带来了一股强劲的东风。作为物联网发展的关键技术，RFID技术的应用市场必将随着物联网的发展而扩大。
RFID射频识别技术
RFID的英文全称是Radio FrequencyIdentification，射频识别，又称电子标签、射频识别、感应电子芯片、感应卡、感应卡、非接触卡、电子条形码。
RFID射频识别是一种非接触式自动识别技术，通过射频信号自动识别目标物体并获取相关数据，可以在各种恶劣环境下工作，无需人工干预。
RFID技术可以同时识别高速移动的物体和多个标签，操作快捷方便。短距离射频产品不怕油污、灰尘污染等恶劣环境，可以在这样的环境下替代条形码，比如在工厂的流水线上跟踪物体。远程射频产品多用于交通，识别距离可达数十米，如自动收费或车辆识别。
RFID系统架构
一个典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件组成。一般我们把中间件和应用软件统称为应用系统。
FRID的系统结构
在实际的RFID解决方案中，RFID系统都包含一些基本组件。组件分为硬件组件和软件组件。
从功能实现的角度来看，RFID系统可以分为两部分：边缘系统和软件系统。边缘系统主要完成信息感知，属于硬件组件。软件系统完成信息的处理和应用；通信设施负责整个RFID系统的信息传输。
射频识别系统的基本组件
1、电子标签
电子标签，也称为应答器或智能标签，是一种微型无线收发器，主要由内置天线和芯片组成。
2、阅读器
阅读器是一种捕捉和处理RFID标签数据的设备，可以是单个个体，也可以嵌入在其他系统中。阅读器也是RFID系统的重要组成部分之一，因为它可以将数据写入RFID标签，所以称为阅读器。
阅读器的硬件部分通常由收发器、微处理器、存储器、外部传感器/执行器、报警器输入/输出接口、通信接口和电源组成。
读写器组成示意图
3、控制器
控制器是读卡器芯片有序工作的指挥中心，其主要功能是：
与应用系统软件通信；
执行应用系统软件发出的动作指令；
控制与标签的通信过程；
基带信号的编码和解码；
执行防碰撞算法；
加密和解密在读取器和标签之间传输的数据；
在阅读器和电子标签之间进行身份认证；
控制键盘、显示设备和其他外部设备。
其中，最重要的是读卡器芯片的控制操作。
4、读取器天线
天线是一种以电磁波形式接收或辐射前端射频信号功率的设备。它是电路和空间之间的接口器件，用于实现导波和自由空间波之间的能量转换。在RFID系统中，天线分为两类：电子标签天线和阅读器天线，分别负责接收能量和发射能量。
RFID系统的阅读器天线的特征在于：
小到足以附在想要的物品上；
具有全向或半球覆盖的方向性；
可以向标签的芯片提供最大可能的信号；
不管物体的方向如何，天线的极化都能匹配读卡器的询问信号；
具有鲁棒性；
价格便宜。
选择读卡器天线时应考虑的主要因素有：
天线的类型；
天线阻抗；
应用于物品的射频性能；
标签物品周围有其他物体时RF的性能。
5、通信设施
通信设施为不同的RFID系统管理提供安全的通信连接，是RFID系统的重要组成部分。通信设施包括有线或无线网络以及读取器或控制器和计算机之间的串行通信接口。无线网络可以是个人区域网(PAN)(例如蓝牙技术)、局域网(例如802.11x、WiFi)、广域网(例如GPRS和3G技术)或卫星通信网络(例如用于地球静止卫星的L波段RFID系统)。
RFID系统的基本原理
:基本原则
从电子标签与阅读器之间的通信和能量感应来看，该系统一般可分为两类，即感应耦合系统和电磁反向散射耦合系统。感应耦合是通过空间高频交变磁场实现的，其原理是基于电磁感应定律。电磁后向散射耦合，即雷达原理模型，根据电磁波的空间传播规律，在击中目标后反射发射的电磁波，并携带回目标信息。
2、感应耦合RFID系统
RFID的感应耦合模式符合ISO/IEC 14443协议。感应耦合电子标签由电子数据载体组成，通常由单个微芯片和用作天线的大面积线圈组成。
几乎所有电感耦合的电子标签都是被动工作的，标签中的微芯片工作所需的能量全部由阅读器发出的感应电磁能量提供。高频强电磁场由阅读器的天线线圈产生，穿过线圈横截面和线圈周围空间，使附近的电子标签产生电磁感应。
感应耦合RFID系统工作原理图
3、电磁反向散射RFID系统
(1)反向散射调制
雷达技术为RFID反向散射耦合模式提供了理论和应用基础。当电磁波遇到空间目标时，一部分能量被目标吸收，另一部分以不同的强度向各个方向散射。散射的能量有一小部分被反射回发射天线，被天线接收(因此，发射天线也是接收天线)，接收到的信号可以被放大处理，得到目标的相关信息。
当电磁波从天线发射到周围空间时，会遇到不同的目标。到达目标的电磁波能量(自由空间衰减)一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度向各个方向散射。部分反射的能量最终会返回到发射天线，这就是所谓的回波。在雷达技术中，这种反射波可以用来测量目标的距离和方位。
对于RFID系统，可以采用电磁反向散射耦合方式，通过电磁波反射完成电子标签到阅读器的数据传输。这种工作模式主要用于915MHz、2.45GNz或更高频率的系统。
(2)RFID反向散射耦合模式
目标反射的电磁波的频率由反射截面决定。反射截面的大小与一系列参数有关，如目标的大小、形状和材料，电磁波的波长和偏振方向等。由于目标的反射性能通常随着频率的增加而增加，所以RFID背散射耦合方式采用UHF和UHF，应答器与阅读器之间的距离大于1 m，阅读器、应答器(电子标签)和天线构成收发通信系统。
RFID反向散射耦合模式的原理
4、 SAW标签的识别原理
(1)表面声波器件
表面声波(SAW)装置基于压电效应和与表面弹性相关的低速声波。声表面波器件体积小，重量轻，工作频率高，带宽相对较宽，可以采用与集成电路技术相同的平面加工技术，制造简单，可重用性高，设计灵活性高。
表面声波器件被广泛使用，例如通信设备中的滤波器。在RFID应用中，目前声表面波转发器的工作频率主要是2.45GHz。
声表面波转发器的基本结构
(2)声表面波射频识别的原理
声表面波标签由叉指换能器和若干反射器组成，换能器的两条总线与电子标签的天线相连。读取器的天线周期性地发送高频询问脉冲。在电子标签天线的接收范围内，接收到的高频脉冲通过叉指换能器被转换成表面声波，并在晶体表面上传播。反射器部分反射入射表面波并返回到叉指换能器，叉指换能器又将反射的脉冲序列转换成高频电脉冲序列。由于表面声波的低传播速率，有效的反射脉冲串在细微的延迟时间后返回到阅读器。
表面声波的传播
(3)声表面波射频识别系统的关键技术
标签编码容量和工作距离
应答器和读取器之间的合作
使用适合待识别物品的小型、低成本电子标签天线。
包装
由于标签所附物品和使用环境差异很大，其包装结构各有特点，必须满足以下要求。
确保压电芯片能够承受外部环境应力及其在工作寿命期间的变化，而不会导致性能退化。
至少不能影响或者很少影响标签天线的高频电磁波接收效果。
固定在待识别物体上的方法简单，附着牢固，物体无明显损伤。
外形美观，与被识别物体和谐，符合安全环保要求。
(4)表面声波RFID的优点
由于SAW器件本身工作在RF频段，是无源的，具有很强的抗电磁干扰能力，所以用SAW技术实现的电子标签具有一定的独特优势，是对集成电路(ic)技术的补充。
表面声波RFID的主要特征是：
读数范围大，可靠，可达数米；
可用于金属和液体产品；
标签芯片与天线匹配简单，制造工艺成本低；
不仅可以识别静态物体，还可以识别速度为300km/h的高速运动物体。
可用于高温差(-100 ~ 300)、强电磁干扰等恶劣环境。
RFID技术的优缺点
1、优点：
RFID芯片和RFID阅读器非常防水、防油和防化学品。
信息的读取不受芯片大小和形状的限制，不需要为了读取精度而匹配纸张的固定大小和打印质量。此外，RFID标签正朝着小型化和多样化的形式发展，以应用于不同的产品。
与传统的智能芯片相比，RFID技术更精确，识别距离更灵活。可以实现穿透式无障碍阅读。
RFID芯片标签可以反复添加、修改、删除里面存储的数据，方便信息更新。
内部数据内容受密码保护，其内容不易被伪造和篡改。
RFID芯片的数据容量非常大，而且随着技术的发展，容量还在不断增加。
2、缺点：
技术成熟度不足。RFID技术出现时间短，技术上不是很成熟。UHF RFID标签由于其逆反射性而难以用于金属、液体和其他商品。
成本高。RFID电子标签的价格高于普通条形码标签，是普通条形码标签的几十倍。如果大量使用，成本太高，会大大降低市场使用RFID技术的积极性。
安全性不够强。RFID技术面临的安全问题主要表现在RFID电子标签信息的非法读取和恶意篡改。
技术标准不统一。目前RFID技术还没有形成统一的标准，市场上多种标准并存，导致不同企业产品的RFID标签不兼容，这也在一定程度上导致了RFID技术应用的混乱。
RFID技术的发展现状及展望
随着RFID设备成本的不断降低，标准的逐步统一，数字信息技术在各行业的深入和广泛应用，以及大规模应用行业的扩大，RFID技术将会有更广阔的发展前景
RFID技术诞生于第二次世界大战期间，最初由皇家空军用于识别自己和盟军的战斗机。为了识别返航的飞机，英国在盟军飞机上装备了无线电收发机，然后当控制塔上的询问机向返航的飞机发出询问信号时，飞机上的收发机接收到信号后发回给询问机，询问机根据接收到的返回信号识别敌我。这是第一个有记录的RFID识别系统，也是RFID的第一次实际应用。
之后，RFID技术被应用于野生动物追踪、高速公路收费系统等领域。90年代以后，随着集成电路制造和信息技术的飞速发展，RFID技术越来越成熟，成本越来越低，逐渐引起人们的重视。
2、射频识别的发展前景
RFID射频识别技术已经逐渐发展成为一个独立的跨学科专业领域。RFID射频识别技术集成了大量来自完全不同专业领域的技术(例如，高频技术、电磁兼容技术、半导体技术、数据保护和密码技术、电信技术、制造技术等。).
近十年来，RFID射频识别技术发展迅速，并逐渐广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通控制管理等诸多溯源和防伪应用领域。随着技术的发展，基于RFID技术的产品会越来越丰富，应用也会越来越广泛。可以预见，在未来几年，RFID技术将继续保持快速发展的势头。
总的来说，当前RFID技术的发展趋向于标准化、低成本、低误码率、高安全性和低功耗。
标准化
行业标准和相关产品标准不统一，到目前为止，国际上还没有正式形成统一的电子标签国际标准(包括所有频段)。
低成本
目前美国一个电子标签的最低价格是20美分左右。这样的价格不能适用于一些价值较低的单项商品。只有电子标签单价降到10美分以下，才能大规模应用于商品的整箱、整包。
低错误率
虽然RFID电子标签的单项技术已经趋于成熟，但整体产品技术还不够成熟，仍存在较高的错误率(有时RFID误读率高达20%)，集成应用需要攻克大量技术难题。
高度安全
目前广泛使用的无源RFID系统没有非常可靠的安全机制，不能很好地保持数据的秘密性。RFID数据也容易受到攻击，主要是因为RFID芯片本身和芯片在读取或写入数据的过程中容易被黑客利用。
RFID技术的应用领域
门禁：人员门禁监控管理。
动物监控：动物管理、宠物识别、野生动物生态追踪。
交通：高速公路收费系统
物流管理：航空运输中的行李识别、库存和物流运输管理
自动控制：汽车、家电、电子行业分类流水线管理。
医疗应用：医院病历系统、仪器设备管理。
材料控制：工厂材料的自动库存和控制系统
质量跟踪：成品的质量跟踪和反馈。
资源回收：托盘和可回收容器的管理。
防盗应用：超市、图书馆或书店的防盗管理。
防伪：名牌烟、酒、贵重物品的防伪、防伪
废物处理：废物回收和处理，废物管理和控制系统。
联票：多用途智能储值卡、一卡通卡等。
危险货物：火器、雷管和爆炸物的管制。
RFID将在虚拟世界和现实世界之间架起一座桥梁。可以预见，在不久的将来，RFID技术不仅会广泛应用于各行各业，而且最终会与普适计算技术相融合，对人类社会产生深远的影响。
作为全球制造基地，中国将是RFID应用最大的马